諧波治理電抗器燒毀原因分析(上)

      一、前 言
      近年來隨著電抗器的廣泛應(yīng)用，時有發(fā)生諧波治理電抗器燒毀事故，嚴(yán)重影響了安全生產(chǎn)運(yùn)行，現(xiàn)結(jié)合我站實(shí)際情況和網(wǎng)上部分文獻(xiàn)資料作出以下分析，水平有限，僅供參考。
   
      我站電抗器運(yùn)行時電流較大，部分電抗器溫升接近100度，如在較低氣溫時退出運(yùn)行，短時間內(nèi)熱脹冷縮是會導(dǎo)致電抗器表皮絕緣開裂，在絕緣劣化到一定程度時，若遇到較大的過電流時容易發(fā)生匝間短路，電抗器的并聯(lián)進(jìn)線因電流過大而發(fā)熱，熱量累積數(shù)分鐘后到達(dá)燃點(diǎn)，而保護(hù)裝置在過流過壓時不能及時啟動最終導(dǎo)致電抗器燒毀。

      二、電抗器燒毀的原因及分析
      1、諧波治理電抗器燒毀原因有如下幾個原因：
      A、長期工作電流過大加速了電抗器的絕緣老化，縮短了電抗器壽命。
      B、劇烈的熱脹冷縮是電抗器表皮絕緣開裂的直接原因。
      C、保護(hù)裝置在過流過壓初期不能及時動作防止事故的發(fā)生。
      D、電抗器自身結(jié)構(gòu)不合理，粉塵污染影響散熱等等
 
      2、電抗器工作電流過大：我站有兩種電抗器，一種容量144KVAR，額定系統(tǒng)電壓38.1KV，額定電流108A（銘牌上147A為誤導(dǎo)）；另一種容量240KVAR，額定系統(tǒng)電壓38.1KV，額定電流電流180A。我站有數(shù)次電抗器投入數(shù)分鐘內(nèi)即燒毀的事故，可能的原因是電抗器投入時過大的電流燒斷了本身絕緣脆弱的進(jìn)線，使其他進(jìn)線電流變大，最終熱量累積導(dǎo)致電抗器被燒毀。產(chǎn)生瞬時過電流的原因是電化公司負(fù)荷帶動過于迅速，在電抗器還未依次投入但負(fù)荷已較高的時候，系統(tǒng)會產(chǎn)生很大的電流。解決的方法是加強(qiáng)與電化公司的溝通，要求其較為平緩的帶起負(fù)荷，另外，目前無功補(bǔ)償控制裝置在符合合閘條件的情況下需要等待5分鐘才能合閘，最好能在符合相關(guān)要求的前提下縮短這一等待時間。
 
       根據(jù)負(fù)荷平穩(wěn)時的記錄，全部電抗器的日均電流均達(dá)到了額定值，部分超過了10%，雖然電抗器可以長期在1.35倍額定電流下工作，但長期電流過大不利于電抗器的壽命。長期電流過大可能的原因：電抗率選擇不當(dāng)導(dǎo)致放大諧波�？赏ㄟ^實(shí)測確定35KV母線電壓總畸變率是否超過3%，奇次諧波含有量是否超過2.4%，若超過則可嘗試用12%電抗器進(jìn)行驗(yàn)算，進(jìn)行諧波測試時應(yīng)在負(fù)荷穩(wěn)定時進(jìn)行。
 
      諧波是指頻率為基波整數(shù)倍數(shù)（1以外）的交流量，它因負(fù)載的非線性而產(chǎn)生，諧波對電力系統(tǒng)有很大的危害。當(dāng)高次諧波作用電容器組上時，使電容器組電抗減小，電流增大，使系統(tǒng)產(chǎn)生諧波過電壓，甚至諧振。串聯(lián)電抗器可以有效減小諧波，限制合閘涌流。但若電抗率選擇不當(dāng)可能會導(dǎo)致諧波放大。
 
      電抗器的選擇：額定端電壓UL=Uc*K 額定容量SL=Sc*K （UL：電抗器額定端電壓 Uc：電容器額定電壓 SL:電抗器額定容量 Sc：電容器額定容量 K：電抗率；電抗率的選擇根據(jù)標(biāo)準(zhǔn),當(dāng)接入電網(wǎng)處的背景諧波為3次及以上時，一般為12%；也可采用4.5%～6%與12%兩種電抗率。但設(shè)計規(guī)范說的較含糊，實(shí)際較難執(zhí)行，我認(rèn)為上述情況應(yīng)區(qū)別對待，并通過驗(yàn)算確定電抗率是否合適。
 
      3、電容器裝置接入處背景諧波為3次［2］
      3次諧波含量較小，可選擇0.1%～1%的串聯(lián)電抗器，但應(yīng)驗(yàn)算電容器裝置投入后3 次諧波放大是否超過或接近國標(biāo)限值[3]，并且有一定的裕度。(2)3次諧波含量較大，已經(jīng)超過或接近國標(biāo)限值，選擇 12%或12%與4.5%～6%的串聯(lián)電抗器混合裝設(shè)。電容器裝置接入處的背景諧波為3 次、5 次：(1) 3 次諧波含量很小，5次諧波含量較大（包括已經(jīng)超過或接近國標(biāo)限值），選擇 4.5%～6%的串聯(lián)電抗器，忌用 0.1%～1%的串聯(lián)電抗器。(2) 3 次諧波含量略大，5次諧波含量較小，選擇0.1%～1%的串聯(lián)電抗器，但應(yīng)驗(yàn)算電容器裝置投入后3 次諧波放大是否超過或接近國標(biāo)限值，并且有一定的裕度。(3) 3 次諧波含量較大，已經(jīng)超過或接近國標(biāo)限值，選擇12%或12%與4.5%～6%的串聯(lián)電抗器混合裝設(shè)。
 
      4、電容器裝置接入處的背景諧波為5 次及以上：(1)5次諧波含量較小，應(yīng)選擇4.5%～6%的串聯(lián)電抗器。5次諧波含量較大，應(yīng)選擇4.5%的串聯(lián)電抗器。對于采用 0.1%～1%的串聯(lián)電抗器，要防止對5次、7次諧波的嚴(yán)重放大或諧振；對于采用4.5%～6%的串聯(lián)電抗器，要防止對3次諧波的嚴(yán)重放大或諧振。具體驗(yàn)算見3.電抗率的選擇分析。
 
      5、運(yùn)行人員注意事項(xiàng)：首先需要降低電抗器電流，溫升，其次在天氣劇烈變化的時候調(diào)度和運(yùn)行應(yīng)盡量不改變無功補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)行方式，在運(yùn)行人員巡視時檢查電抗器外絕緣破裂情況、瓷瓶有無明顯的放電現(xiàn)象、有無異響等。
 
      6、維護(hù)人員注意事項(xiàng)：運(yùn)行維護(hù)單位在干式空心電抗器停電檢修期間除按照規(guī)程規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)外，還應(yīng)進(jìn)行全面檢查，檢查的重點(diǎn)是最外層和最內(nèi)層包封表面的開裂情況。必要時可采用內(nèi)窺鏡檢查各個包封層表面的開裂情況以及是否存在鼓包和樹枝狀爬電現(xiàn)象。對運(yùn)行時間較長且包封表面開裂嚴(yán)重的，建議逐步進(jìn)行更換;對包封表面輕微開裂的，建議進(jìn)行噴涂RTV涂料處理，以延緩包封開裂后水份進(jìn)入繞組內(nèi)部對導(dǎo)線絕緣層侵蝕的速度。

      7、保護(hù)裝置不啟動：我站電抗器的毀壞 , 除了諧波引起過流或過壓導(dǎo)致過熱之外 ,保護(hù)裝置在過流過壓時不能及時動作 ,也是電抗器毀壞的間接原因[4]。目前 ,電容器組多為單星形接線的并聯(lián)電容器組 ,其保護(hù)配置大致有速斷保護(hù)、過流保護(hù)、壓差保護(hù)、電壓不平衡保護(hù)、過壓及低壓保護(hù)等 ,經(jīng)分析 ,這些保護(hù)對電抗器故障都不起什么保護(hù)作用。

      A、過電流與速斷保護(hù):一般情況下,電容器組的電流大小如式：Ic =Us／(1-K)Xc式中: Us =電源電壓;Xc=電容器組容抗;K=電抗率�？梢钥闯�,電容器組串接電抗器的電抗率 K越高,流過電容器回路的電流 Ic將越大,反之亦然。當(dāng)電抗器出現(xiàn)線圈短路或燒毀,其電感值隨之變小,K越小,則回路電流Ic愈小。因此,以Ic增大為判據(jù)的速斷和過流保護(hù)根本不會有反應(yīng)。
 
      B、電壓壓差保護(hù)：電壓差動保護(hù)只是從電容器首尾兩端取信號只有當(dāng)電容器有故障時,才會有電壓信號出現(xiàn)。因此,只要電容器不發(fā)生故障,即使電抗器全部短路,電壓差動保護(hù)也不會動作。
 
      C、不平衡電壓保護(hù)：在單星形接線的電容器組中,當(dāng)某相電抗器發(fā)生故障時,就會引起三相回路阻抗的不平衡,從而中性點(diǎn)電位發(fā)生偏移,三相開口三角出現(xiàn)不平衡電壓。但由于每組電容器容抗遠(yuǎn)大于電抗器感抗,根據(jù)每臺電容器組內(nèi)部不同的小電容元件的并聯(lián)個數(shù)M和串聯(lián)個數(shù)N,不平衡電壓保護(hù)整定值取值范圍一般為008～015倍的相電壓。通常,如果1臺電容器組內(nèi)部有1 個或幾個小電容元件出故障后,三相所出現(xiàn)的不平衡電壓對于電抗率為 6%及以下的電抗器故障所出現(xiàn)的不平衡電壓要大得多,因此,電抗率6% 及以下的電抗器故障保護(hù)不會動作。對于電抗率為12 %～13%的電抗器故障,保護(hù)即使動作時電抗器也已瀕臨短路,甚至處于保護(hù)死區(qū)。
 
      D、過電壓保護(hù)及低電壓保護(hù)：過電壓保護(hù)和低電壓保護(hù)所取的電壓是從系統(tǒng)母線上取的,并根據(jù)母線電壓的升降情況做出反應(yīng)，電抗器燒毀對母線電壓沒有影響, 因此這兩種保護(hù)也不會動作。  
 
      據(jù)以上分析,目前的串聯(lián)電抗器幾乎處于無保護(hù)狀態(tài)。背景諧波較嚴(yán)重的變電站,在諧波得到較好的治理之前,值班員應(yīng)將電抗器作為巡視的重點(diǎn)設(shè)備,特別是在負(fù)荷高峰期,應(yīng)增加電抗器巡視和紅外測溫的次數(shù), 以便及早發(fā)現(xiàn)電抗器故障并及時切除電容器裝置,避免事故擴(kuò)大。不過,要從根本上解決問題,就應(yīng)對該站進(jìn)行諧波治理,給電抗器安裝如高溫報警、端電壓保護(hù)等保護(hù)裝置。

      E、電抗器結(jié)構(gòu)不合理，粉塵污染：與廠家聯(lián)系，督促廠家改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，要求廠家做出事故分析。粉塵污染暫無法解決。